激活自噬可以保护脆性X综合征小鼠的突触功能障碍和认知功能缺陷

脆性X综合征（FXS）是遗传性智力障碍和自闭症的常见形式。FXS患者表现出认知和社交障碍、言语延迟、多动、情绪不稳定、注意力缺陷、睡眠障碍等复杂的神经表型。在FXS小鼠模型（Fmr1-KO）中，神经元树突棘结构异常，突触可塑性和认知功能障碍；树突棘结构和突触可塑性相关蛋白——突触后致密蛋白（PSD95）与活性调节细胞骨架相关蛋白（Arc/Arg3.1）出现异常蓄积。自噬是一种通过溶酶体途径程序化降解和回收蛋白质、细胞成分的分解代谢过程。然而，自噬在FXS病理生理学中的作用尚不清楚。为此，来自阿尔伯特·爱因斯坦医学院神经科学系的研究者们针对自噬在FXS中的作用展开了研究，研究结果发表于PNAS杂志上。

1.脆性X综合征小鼠自噬活性下调；自噬抑制性通路mTOR1活性增强。

与对照组WT小鼠相比，Fmr1-KO小鼠海马神经元LC3-Ⅱ蛋白丰度和LC3-Ⅱ/Ⅰ比率降低。在自噬过程中，自噬受体P62与泛素化蛋白质结合，再与定位于自噬小体内膜上的LC3-Ⅱ蛋白形成复合物，一同在自噬溶酶体内降解；当自噬被抑制时，P62蛋白会在细胞质中不断积累。免疫荧光发现，Fmr1-KO小鼠神经元胞体P62表达水平增高。结果提示，Fmr1-KO小鼠神经元自噬活性下调。 研究者进一步探究了Fmr1-KO自噬抑制的分子机制。哺乳动物雷帕霉素靶标（mTOR）是调控自噬的经典通路；海马神经元中mTOR1的过度激活是FXS和其他自闭症样疾病常见的表型特征。因此，研究者检测了mTOR通路的表达情况。 

其中，抑制自噬的pS2448-mTOR，pS757-ULK-1表达水平升高；促进自噬的pS317-ULK-1，pS14-Beclin-1表达水平降低。Raptor是mTORC1活性的必需成分，协助mTORC1定位到溶酶体上，在抑制自噬中起着关键作用。尽管海马全细胞裂解液中Raptor的表达水平没有差异，但在Fmr1-KO小鼠海马组织分离的溶酶体部分中Raptor表达水平升高，表明mTORC1活性增强；免疫共定位也确证了这一结果。说明过度激活的mTORC1信号通路参与了Fmr1-KO小鼠海马神经元自噬抑制程。 

2. RNAi介导的Raptor敲减缓解FXS小鼠的自噬抑制 

以上结果说明，mTORC1活性升高和Raptor定位到溶酶体与自噬减少具有相关性，但并未阐明他们之间的因果关系。为此，研究者通过慢病毒系统将shRaptor递送至WT小鼠CA1脑区和海马神经元中，并评估对自噬的影响。ShRaptor慢病毒降低了pS757-ULK1和p62的表达水平，提高了LC3-Ⅱ丰度和LC3-Ⅱ/Ⅰ比率，并增加了Fmr1-KO小鼠海马神经元中LC3阳性的自噬小体的数量。这些数据验证了mTORC1与FXS小鼠中观察到的自噬减少具有因果关系。 

3. 激活自噬可以改善Fmr1-KO小鼠的异常树突棘形态 

成熟的树突棘呈现粗短和蘑菇状，树突棘头部较宽；而未成熟的树突棘呈现细长的丝状形态，树突棘头部较窄。FXS小鼠海马神经元表现出冗余的未成熟树突棘。当敲减Raptor后，高尔基染色显示激活自噬可以降低FXS小鼠的树突棘密度；并且敲减Raptor可以恢复成熟树突棘的数量接近至WT的水平。同时敲减Raptor的保护效果在很大程度上被敲减自噬的关键蛋白Atg7所逆转，这表明敲减Raptor对树突棘的保护作用主要是通过激活自噬介导的。

4. 激活自噬可以改善Fmr1-KO小鼠的代谢型谷氨酸受体依赖的长时程抑制（mGluR-LTD）和认知功能障碍

使用选择性激动剂DHPG诱导化学性代谢型谷氨酸受体依赖的长时程抑制，研究者发现在Fmr1-KO小鼠中DHPG诱导出相较于WT小鼠更为强烈的长时程抑制；激活自噬可以缓解场电位至WT小鼠的水平。同时，激活自噬改善了Fmr1-KO小鼠的新物体识别行为学表现，提示认知能力的改善。

5.自噬溶酶体途径介导的蛋白质降解对FXS疾病至关重要

以往的研究提示神经元突触蛋白冗余是FXS重要的病理生理机制。突触部位的正确蛋白含量是通过蛋白质合成和蛋白质降解之间的良好平衡来维持的。自噬在蛋白质降解和突触结构重塑中起到重要作用。P62能够识别结合泛素化的蛋白质，使得他们能够靶向自噬体吞噬降解。

Fmr1-KO小鼠神经元表现出的与P62共标的泛素化蛋白的积聚，并且总PSD95、Arc和泛素化PSD95、Arc表达水平增高，这表明PSD95和Arc没有被有效降解。敲减Raptor激活自噬可以降低PSD95和Arc蛋白的蓄积。

醉翁之艺 点评

该研究发现，FXS海马神经元中的自噬通量和自噬功能下降，且mTORC1的过度激活介导了FXS的自噬抑制，敲减Raptor激活自噬可以挽救FXS小鼠的异常树突棘形态、突触和认知功能障碍。这些发现建立了自噬抑制与认知功能缺陷之间的重要关系，表明自噬可能是治疗FXS的潜在作用靶点。